數據庫系統概論（第5版）理論習題第一、二章答案

第一章緒論

1.試述數據、數據庫、數據庫管理系統、數據庫系統的概念。

(1) 數據(Data): 描述事物的符號記錄稱爲數據。數據的種類有數字、文字、圖形、圖像、聲音、正文等。數據與其語義是不可分的。
(2) 數據庫(DataBase, 簡稱DB): 數據庫是長期儲存在計算機內的、有組織的、可共享的數據集合。數據庫中的數據按一定的數據模型組織、描述和儲存，具有較小的冗餘度、較高的數據獨立性和易擴展性，並可爲各種用戶共享。
(3) 數據庫系統(DataBase Sytem, 簡稱DBS): 數據庫系統是指在計算機系統中引入數據庫後的系統構成，一般由數據庫、數據庫管理系統（及其開發工具）、應用系統、數據庫管理員構成。
(4) 數據庫管理系統(DataBase Management Sytem, 簡稱DBMS): 數據庫管理系統是位千用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件，用千科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據。DBMS 的主要功能包括數據定義功能、數據操縱功能、數據庫的運行管理功能、數據庫的建立和維護功能。

2.使用數據庫系統有什麼好處？

使用數據庫系統的好處是由數據庫管理系統的特點或優點決定的。使用數據庫系統的好處很多，例如，可以大大提高應用開發的效率，方便用戶的使用，減輕數據庫系統管理人員維護的負擔，等等。
使用數據庫系統可以大大提高應用開發的效率。因爲在數據庫系統中應用程序不必考慮數據的定義、存儲和數據存取的具體路徑，這些工作都由DBMS 來完成。用一個通俗的比喻，使用了DBMS 就如有了－個好參謀、好助手，許多具體的技術工作都由這個助手來完成。開發人員就可以專注千應用邏輯的設計，而不必爲數據管理的許許多多複雜的細節操心。
還有，當應用邏輯改變，數據的邏輯結構也需要改變時，由千數據庫系統提供了數據與程序之間的獨立性，數據邏輯結構的改變是DEA 的責任，開發人員不必修改應用程序，或者只需要修改很少的應用程序，從而既簡化了應用程序的編制，又大大減少了應用程序的維護和修改。
使用數據庫系統可以減輕數據庫系統管理人員維護系統的負擔。因爲DBMS 在數據庫建立、運用和維護時對數據庫進行統一的管理和控制，包括數據的完整性、安全性、多用戶併發控制、故障恢復等，都由DBMS 執行。
總之，使用數據庫系統的優點是很多的，既便千數據的集中管理，控制數據冗餘，提高數據的利用率和－致性，又有利千應用程序的開發和維護。讀者可以在自已今後的工作中結合具體應用，認真加以體會和總結。

3.試述文件系統與數據庫系統的區別和聯繫。

文件系統與數據庫系統的區別是：文件系統面向某一應用程序，共享性差，冗餘度大，數據獨立性差，記錄內有結構，整體無結構，由應用程序自己控制。數據庫系統面向現實世界，共享性高，冗餘度小，具有較高的物理獨立性和一定的邏輯獨立性，整體結構化，用數據模型描述，由數據庫管理系統提供數據的安全性、完整性、併發控制和恢復能力。
文件系統與數據庫系統的聯繫是：文件系統與數據庫系統都是計算機系統中管理數據的軟件。解析文件系統是操作系統的重要組成部分；而 DBMS 是獨立於操作系統的軟件。但是 DBMS 是在操作系統的基礎上實現的；數據庫中數據的組織和存儲是通過操作系統中的文件系統來實現的。

4.舉出適合用文件系統而不是數據庫系統的應用例子，以及適合用數據庫系統的應用例子。

( 1）適用於文件系統而不是數據庫系統的應用例子數據的備份、軟件或應用程序使用過程中的臨時數據存儲一般使用文件比較合適。早期功能比較簡單、比較固定的應用系統也適合用文件系統。
( 2 ）適用於數據庫系統而非文件系統的應用例子目前，幾乎所有企業或部門的信息系統都以數據庫系統爲基礎，都使用數據庫。例如，一個工廠的管理信息系統（其中會包括許多子系統，如庫存管理系統、物資採購系統、作業調度系統、設備管理系統、人事管理系統等），學校的學生管理系統，人事管理系統，圖書館的圖書管理系統，等等，都適合用數據庫系統。

5.試述數據庫系統的特點．

(1）數據結構化數據庫系統實現整體數據的結構化，這是數據庫的主要特徵之一，也是數據庫系統與文件系統的本質區別。
( 2 ）數據的共享性高，冗餘度低，易擴充數據庫的數據不再面向某個應用而是面向整個系統，因此可以被多個用戶、多個應用以多種不同的語言共享使用。
( 3 ）數據獨立性高數據獨立性包括數據的物理獨立性和數據的邏輯獨立性。數據庫管理系統的模式結構和二級映像功能保證了數據庫中的數據具有很高的物理獨立性和邏輯獨立性。
( 4 ）數據由 DBMS 統一管理和控制數據庫的共享是併發的共享，即多個用戶可以同時存取數據庫中的數據甚至可以同時存取數據庫中同一個數據。

6.數據庫管理系統的主要功能有哪些？

( 1 ）數據庫定義功能；
( 2 ）數據存取功能；
( 3 ）數據庫運行管理；
( 4 ）數據庫的建立和維護功能。

7.什麼是概念模型？試述概念模型的作用。

概念模型，也稱信息模型，是按用戶的觀點來對數據和信息建模，主要用於數據庫設計。
概念模型實際上是現實世界到機器世界的一箇中間層次。概念模型用於信息世界的建模，是現實世界到信息世界的第一層抽象，是數據庫設計人員進行數據庫設計的有力工具，也是數據庫設計人員和用戶之間進行交流的語言。

8.定義並解釋概念模型中以下術語：實體，實體型，實體集，實體之間的聯繫。

實體：客觀存在並可以相互區分的事物叫實體。實體型：具有相同屬性的實體具有相同的特徵和性質，用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱爲實體型。實體集：同型實體的集合稱爲實體集；實體之間的聯繫：通常是指不同實體型的實體集之間的聯繫，實體之間的聯繫有一對一，一對多和多對多等多種類型。

9.試述關係模型的概念，定義並解釋以下術語：

關係模型由關係數據結構、關係操作集合和關係完整性約束三部分組成。在用戶觀點下，關係模型中數據的邏輯結構是一張二維表，它由行和列組成。

( 1 ) 關係

關係：一個關係對應通常說的一張表；

( 2 ) 屬性

屬性：表中的一列即爲一個屬性；

(3) 域

域：屬性的取值範圍；

(4) 元組

元組：表中的一行即爲一個元組；

(5) 主碼

主碼：表中的某個屬性組，它可以惟一確定一個元組；

(6) 分量

分量：元組中的一個屬性值；

(7) 關係模式

關係模式：對關係的描述，一般表示爲關係名（屬性 1 ，屬性 2 ， … ，屬性 n )

10.定義並解釋以下術語：

模式、外模式、內模式，亦稱邏輯模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特徵的描述，是所有用戶的公共數據視圖。

(1) 模式

模式描述的是數據的全局邏輯結構。

(2) 外模式

外模式涉及的是數據的局部邏輯結構，通常是模式的子集。

(3) 內模式

內模式，亦稱存儲模式，是數據在數據庫系統內部的表示，即對數據的物理結構和存儲方式的描述。

(4) DDL

DDL ：數據定義語言，用來定義數據庫模式、外模式、內模式的語言。

(5) DML

DML ：數據操縱語言，用來對數據庫中的數據進行查詢、插入、刪除和修改的語句。

11.試述數據庫系統的組成

數據庫系統一般由數據庫、數據庫管理系統（及其開發工具）、應用系統、數據庫管理員和用戶構成。

第二章關係數據庫

1.試述關係模型的三個組成部分。

關係模型由關係數據結構、關係操作集合和關係完整性約束三部分組成。

2.簡述關係數據語言的特點和分類。

關係模式:關係的描述稱爲關係模式(Relaionschcm)。它可以形式化地表
示爲R(U,D,dom,F)其中R爲關係名,U爲組成該關係的屬性名集合,D爲屬性組U中屬性所來的域,dom爲屬性向域的映像集合,F爲屬性間數據的依賴關係集合.
關係:在域D1,D2,…,Dn上笛卡兒積D1xD2x…xDn的子集稱爲關係,
表示爲R(D1,D2,…,Dn)
關係是關係模式在某一時刻的狀態或內容。關係模式是靜態的、穩定的;而關係是動態的隨時間不斷變化的,因爲關係操作在不斷更新着數據庫中的數據。
關係數據庫:關係數據庫也有型和值之分。關係數據庫的型也稱爲關係數
據庫模式,是對關係數據庫的描述,它包括若干域的定義以及在這些域上定義的,若干關係模式。關係數據庫的值是這些關係模式在某一時刻對應的關係的集合,通常就稱爲關係數據庫。

3.定義並理解下列術語，說明它們之間的聯繫與區別：

(1) 域，笛卡兒積，關係，元組，屬性：

域：域是一組具有相同數據類型的值的集合。
笛卡兒積：給定一組域D1，D2, …， Dn, 這些域中可以有相同的。這組域的笛卡兒積爲D1 ×D2 × … × Dn = {( d1,d2, …, dn) |di∈ Di, i = 1,2, …, n}其中每一個元素(d1,d2, …, dn) 叫做一個n 元組(n-tuple) 或簡稱元組(Tuple) 。元素中的每一個值di 叫做一個分量(Component) 。
關係：在域D1，D2, …， Dn 上笛卡兒積D1 ×D2 × … × Dn 的子集稱爲關係，表示爲R(D1，D2, …， Dn)
元組：關係中的每個元素是關係中的元組。
屬性：關係也是一個二維表，表的每行對應一個元組，表的每列對應一個域。由千域可以相同，爲了加以區分，必須對每列起一個名字，稱爲屬性(Attribute) 。

(2) 主碼，候選碼，外部碼

候選碼：若關係中的某－屬性組的值能惟一地標識一個元組，則稱該屬性組爲候選碼(Candidate key) 。
主碼：若一個關係有多個候選碼，則選定其中一個爲主碼(Primary key) 。
外部碼：設F 是基本關係R 的一個或－組屬性，但不是關係R 的碼，如果F與基本關係s 的主碼Ks 相對應，則稱F 是基本關係R 的外部碼(Foreign key),簡稱外碼。基本關係R 稱爲參照關係(Referencing relation), 基本關係S 稱爲被參照關係(Referenced relation) 或目標關係(Target relation) 。關係R 和S 可以是相同的關係。

(3) 關係模式，關係，關係數據庫

關係模式：關係的描述稱爲關係模式(Relation Schema) 。它可以形式化地表示爲R(U, D, dom, F)其中R 爲關係名，U爲組成該關係的屬性名集合，D 爲屬性組U中屬性所來自的域， dom 爲屬性向域的映像集合，F爲屬性間數據的依賴關係集合。
關係：在域D1，D2, …， Dn 上笛卡兒積D1 ×D2 × … × Dn 的子集稱爲關係，表示爲R(D1，D2, …, Dn)
關係數據庫：在關係模型中，實體以及實體間的聯繫都是用關係來表示的。例如導師實體、研究生實體、導師與研究生之間的的一對多聯繫都可以分別用一個關係來表示。在一個給定的應用領域中，所有關係的集合構成一個關係數據庫。關係數據庫也有型和值之分。關係數據庫的型也稱爲關係數據庫模式，是對關係數據庫的描述，它包括若干域的定義以及在這些域上定義的若干關係模式。關係數據庫的值是這些關係模式在某一時刻對應的關係的集合，通常就稱爲關係數據庫。

4.舉例說明關係模式和關係的區別。

關係是關係模式在某一時刻的狀態或內容。關係模式是靜態的、穩定的；而關係是動態的、隨時間不斷變化的，因爲關係操作在不斷更新着數據庫中的數據。

5.試述關係模型的完整性規則。在參照完整性中，什麼情況下外碼屬性的值可以爲空值？

實體完整性規則是指若屬性A是基本關係R的主屬性，則屬性A不能取空值。
若屬性(或屬性組)F是基本關係R的外碼，它與基本關係S的主碼Ks相對應(基本關係R和S不一定是不同的關係)，則對於R中每個元組在F上的值必須爲：或者取空值(F的每個屬性值均爲空值)；或者等於S中某個元組的主碼值。即屬性F本身不是主屬性，則可以取空值，否則不能取空值。

6.試述等值連接與自然連接的區別和聯繫。

連接運算符是“=”的連接運算稱爲等值連接。它是從關係R與S的廣義笛卡爾積中選取A，B屬性值相等的那些元組
自然連接是一種特殊的等值連接，它要求兩個關係中進行比較的分量必須是相同的屬性組，並且在結果中把重複的屬性列去掉。

7.關係代數的基本運算有哪些？如何用這些基本運算來表示其他運算？

並、差、笛卡爾積、投影和選擇5種運算爲基本的運算。其他3種運算，即交、連接和除，均可以用這5種基本運算來表達。